Identificación de principios
operacionales en la respuesta a
estrés en levadura
Albert Sorribas
Ester Vilaprinyó
Rui Alves
Grup de Bioestadística i Biomatemàtica
Departament de Ciències Mèdiques Bàsiques
Institut de Recerca Biomèdica de Lleida (IRBLLEIDA)
Universitat de Lleida
1
Un problema biológico tipo
Respuesta adaptativa de levadura a estrés

La respuesta adaptativa a estrés en levadura comporta la
reprogramación del metabolismo y la síntesis de moléculas
protectoras.
 Estabilizar proteínas y estructuras celulares (p.e. síntesis
de chaperonas)
 Asegurar la supervivencia celular (p.e. cambios en las
distintas vías metabólicas para readaptar el metabolismo)
 Nivel genómico: patrón de expresión característico
para cada situación
 Nivel proteómico: la actividad de los distintos
enzimas se reajusta, la concentración de proteínas
cambia
 Nivel fisiológico (metabolómico): cambios en flujos y
niveles de metabolitos
2
Comparación de la expresión
génica máxima en distintas
situaciones de estrés
 La respuesta a una determinada
situación de estrés se caracteriza por
un patrón específico de expresión
génica, aunque se aprecian similitudes
importantes entre distintas
situaciones.
Fase estacionaria,
Estrés térmico
Estrés oxidativo
Otras situaciones (menadiona,
DTT, fuente de carbono, etc.)
Respuesta a estrés en levadura
La perspectiva de la Biología de Sistemas
 ¿Podemos identificar principios de diseño en la
respuesta a estrés térmico en levadura?
 Principios de diseño: conjunto de cambios
(óptimos en algún sentido) necesarios para
readaptar al metabolismo a una nueva
situación (por ejemplo respuesta a estrés).
4
Hipótesis y Objetivos
 Hipótesis: Los cambios en expresión génica
proporcionan una respuesta adaptativa que está
restringida por requerimientos fisiológicos.
 Objetivo: ¿Podemos entender el patrón de expresión a
partir del conocimiento de la cinética de las distintas vías
metabólicas y de la caracterización de la respuesta
fisiológica?
 Situación biológica: Respuesta a estrés térmico en
levadura
5
HSP42 YDR171W
HSP42 YDR171W
30000
25000
sA R MD ens
sA R MD ens
25000
20000
15000
10000
20000
15000
10000
5000
5000
0
10
20
30
40
50
60
0
10
20
30
40
Time
Time
HSP26 YBR072W
HSP26 YBR072W
50
60
50
60
25000
20000
20000
sA R MD ens
sA R MD ens
25000
15000
10000
15000
10000
5000
5000
0
10
20
30
Time
40
50
60
0
10
20
30
40
Time
Changes in Heat Shock Protein genes after a heat shock
TPS2 YDR074W
TPS2 YDR074W
4000
sA R MD ens
sA R MD ens
4000
3000
2000
3000
2000
1000
1000
0
10
20
30
40
50
60
0
10
20
Time
30
40
50
60
50
60
Time
TPS2: trehalose phosphatase
PFK1 YGR240C
PFK1 YGR240C
1500
1500
1250
sA R MD ens
sA R MD ens
1250
1000
750
500
1000
750
500
250
250
0
10
20
30
40
50
60
0
10
Time
20
30
Time
PFK1: 6-phosphofructokinase
40
ZWF1
YNL241C
SOL4
YGR248W
300
2000
200
sA R MD ens
sA R MD ens
250
150
100
1500
1000
500
50
0
10
20
30
40
50
60
0
Time
10
20
30
40
50
60
Time
RPE1 YJL121C
GND2 YGR256W
1400
1200
600
sA R MD ens
sA R MD ens
800
400
200
1000
800
600
400
200
0
10
20
30
40
50
60
0
Time
10
20
30
40
50
60
50
60
Time
TKL1 YPR074C
RKI1 YOR095C
3500
300
250
2500
sA R MD ens
sA R MD ens
3000
2000
1500
1000
500
200
150
100
50
0
10
20
30
40
50
60
Time
0
10
20
30
40
Time
TKL2 YBR117C
TAL1 YLR354C
800
5000
600
4000
sA R MD ens
sA R MD ens
1000
400
200
3000
2000
1000
0
10
20
30
40
50
60
Time
0
10
20
30
Time
40
50
60
Propuesta de trabajo (1)
 Análisis exhaustivo de los perfiles de
expresión génica en respuesta a estrés
térmico
 Caracterización de cambios en las distintas rutas
metabólicas
 Identificación de cambios clave y estrategias
comunes
 Caracterización de perfiles tipo
 Análisis cluster de los perfiles dinámicos
 Propuesta de enzimas clave para su estudio
más detallado
9
Propuesta de trabajo (2)
 Estudio de la correlación entre
perfiles dinámicos de expresión y las
propiedades de las proteinas




Relación con el tamaño y abundancia
Posición en la vía metabólica
Coste de expresión
……..
10
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Identification of quantitative design principles on the